JPH08223509A

JPH08223509A - 頭部装着型映像表示装置

Info

Publication number: JPH08223509A
Application number: JP7025442A
Authority: JP
Inventors: Hisami Kikuchi; 久美菊池
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-02-14
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】小型軽量で、映像表示部を撥ね上げても装置
の重量バランスを崩すことがなく、使い勝手のよい映像
表示部撥ね上げ式の頭部装着型映像表示装置を提供す
る。【構成】本発明の頭部装着型映像表示装置は、外側か
ら順に、ハーフミラー凹面鏡４，１／４波長板５，ハー
フミラー６，１／４波長板７及び偏光板８が配置されて
なる投影光学系９の前方に、バックライト１及びＬＣＤ
２からなる映像表示部３が配置されて構成されている。
又、偏光板８の偏光軸方向はＬＣＤ２から射出される光
のそれと同方向になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、観察者の頭部に着脱自
在に装着保持させて使用し、観察者の眼球内の網膜上に
直接観察画像を拡大投影するようにした頭部装着型映像
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、頭部に装着して映像を観察する
装置は、眼鏡を掛けるように装着するか或いは頭部を包
むように装着保持し、装着した状態で観察者の両眼の前
方に位置する光学系を介して、映像表示部材に表示され
た像を観察できるようになっている。又、映像に限ら
ず、外界像も観察できるようになっているものもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】例えば、特開平２−１
３２４１１号公報に開示されている光学コンバイナーコ
リメータ装置では、図１２に示すように、半反射凹面鏡
５１と表示ディスプレイ系（投影画像５２，コリメータ
光学要素５３，円偏光要素５４）との間にコンバイナー
５５が設けられている。従って、外界像５６を観察する
場合にはこのままの構成で観察可能であるが、映像のみ
を観察する場合には、外界像５６とコンバイナー５５と
の間に外界像遮断部材を配置する必要がある。このよう
に、この装置では構成自体が装置の大型化を招く要因を
含んでおり、頭部に装着する装置としては大きなデメリ
ットが生じるものである。尚、５７はコレステリック液
晶要素を、５８は観察者を示している。

【０００４】又、特開平４−２３５８２号公報に開示さ
れている映像表示装置では、図１３に示すように、外界
像を観察する際には、表示装置本体６０を撥ね上げる必
要がある。この表示装置本体６０はその内部に映像を眼
球に導くための光学系も含んでいるため、かなりの重量
があるものである。従って、この装置に備えられる保持
手段は、映像表示装置本体６０を撥ね上げることにより
生じる振動にも耐え得るものでなければならないため、
大きく複雑な構成のものとなる。更に、この装置では、
映像表示装置本体６０を撥ね上げた状態とそうでない状
態とでは、装置重量のバランスが著しく不均衡なものと
なり、大変使い勝手が悪くなっている。

【０００５】そこで、上記のような従来技術の有する問
題点に鑑み、本発明は、小型軽量で、映像表示部を撥ね
上げても装置の重量バランスを崩すことがなく、使い勝
手のよい映像表示部撥ね上げ式の頭部装着型映像表示装
置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による頭部装着型映像表示装置は、映像を表
示する映像表示部と、この映像表示部に表示された映像
を観察者の眼球内に投影する投影光学系と、前記映像表
示部を前記投影光学系の光路中への挿入及び退避が可能
に構成された映像表示部退避手段と、前記映像表示部の
退避時に前記投影光学系を介して外界光を観察者の眼球
へ導く外界光誘導手段と、を備えたことを特徴とする。
又、本発明の装置では、前記投影光学系は、前記外界光
誘導手段を兼ねた複数の透反射面を有していることが好
ましい。

【０００７】更に、本発明の装置は、映像を表示する映
像表示部と、この映像表示部に表示された映像を観察者
の眼球内に投影する少なくとも第１の透反射面及び第２
の透反射面を有する投影光学系とを備えた頭部装着型映
像表示装置において、前記第１の透反射面と第２の透反
射面との間の光路中に曲面を有する偏光変換素子が配置
されて構成されると、前記目的を達成するための更なる
効果を奏する。

【０００８】

【作用】本発明の装置では、映像表示部を光路中に挿入
すると外界光が遮断され、前記映像表示部に表示された
映像が、観察者の眼球内に導かれる。又、映像表示部を
光路外に退避させると外界光が観察者の眼球に導かれる
ようになる。即ち、映像表示部自体に外界光の透過・遮
蔽を行うシャッターの役割が付加されているのである。
又、本発明の装置では、投影光学系内に光を透過・反射
し得る透反射面を複数設けたことにより、前記投影光学
系内における、映像を観察者の眼球内へ導く光路と、外
界像を観察者の眼球内へ導く光路とが共通化されて形成
される。そして、この観察者の眼球へ導かれる光路が前
記透反射面により複数回反射するように形成されるた
め、長い光路長を有しているにもかかわらず、投影光学
系全体の小型化を達成できる。

【０００９】更に、本発明の頭部装着型映像表示装置で
は、映像表示部退避手段を設け、装置本体のうち、投影
光学系は像観察位置に固定したままで、映像表示部のみ
を撥ね上げ，回転又はスライドさせて投影光学系の上方
に移動させることができるようになっている。又、この
映像表示部は映像表示素子（ＬＣＤ）とバックライトに
より構成されているため軽量である。よって、この映像
表示部を撥ね上げ，回転又はスライドさせる機構は簡易
な構成のもので対応可能になり、装置全体も小型軽量に
構成できる。又、前述のように、映像表示部は軽量であ
るため、映像表示部を撥ね上げた状態でも、下ろした状
態でも装置の重量バランスを良好に保つことができ、大
変使い勝手のよい装置を提供できる。

【００１０】

【実施例】以下、図示した実施例に基づき本発明を詳細
に説明する。第１実施例図１は本実施例にかかる頭部装着型映像表示装置の構成
の概念を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は映像観
察時の状態を、（ｂ）は外界像観察時の状態を夫々示し
ている。

【００１１】本実施例の頭部装着型映像表示装置は、映
像観察時には図１（ａ）に示すように、外側から順に、
ハーフミラー凹面鏡４，１／４波長板５，ハーフミラー
６，１／４波長板７及び偏光板８が配置されてなる投影
光学系９の前方に、バックライト１及びＬＣＤ２からな
る映像表示部３が配置されて構成される。尚、偏光板８
の偏光軸方向はＬＣＤ２から射出される光のそれと同方
向になっている。まず、ＬＣＤ２から射出された映像光
は、ハーフミラー凹面鏡４を透過し１／４波長板５を介
することによって円偏光になり、ハーフミラー６におい
て反射光と透過光とに分離される。透過光は更に１／４
波長板７を介することにより、更に半波長位相がずれ前
記ＬＣＤ２から射出された光と９０°位相がずれた直線
偏光となるため、偏光板８を透過することができず観察
者の眼球１０へ到達することはない。一方、ハーフミラ
ー６により反射された光は、再度１／４波長板５を介す
ることにより半波長位相がずれＬＣＤ２から射出された
光とは９０°位相がずれた直線偏光となる。そして、こ
の光はハーフミラー凹面鏡４により拡大反射された後、
１／４波長板５，ハーフミラー６及び１／４波長板７を
順に透過することにより更に９０°位相がずれた直線偏
光となる。従って、この光は偏光板８を透過可能にな
り、観察者の眼球１０へ到達でき、映像表示部３に表示
された映像の拡大映像を観察することができる。

【００１２】又、本実施例の装置により外界像を観察す
る際には、図１（ｂ）に示すように、映像表示部３を上
側に撥ね上げることにより観察可能になる。即ち、外界
像の光は投影光学系９へ直接入射して、前述した映像光
が辿る光路と同様に投影光学系９内を導かれて、観察者
の眼球１０へ到達することになる。尚、映像表示部３
は、図２に示すように、バックライト１及びＬＣＤ２を
枠３ａに収納することにより構成され、更に枠３ａの上
部分に穴部３ｂが設けられている。一方、投影光学系９
の外枠９ａ側面の上部分には軸９ｂが設けられており、
この軸９ｂを映像表示部３の枠３ａの穴部３ｂに嵌通さ
せることにより、前述のように映像表示部３を上側に撥
ね上げることが可能になっている。更に、図示しない
が、映像表示部３の枠３ａ若しくは接眼光学系９の外枠
９ａにはストッパ部材及びばね部材が設けられており、
映像表示部９の撥ね上げを容易にすると共に、映像表示
部９を撥ね上げた状態のまま保持できるようになってい
る。又、図２に示した装置の側面と反対側の面も、これ
と同様に構成されていることは云うまでもない。又、本
実施例の装置の頭部への装着手段は特に図示しないが、
眼鏡をかけるようにして装着することも、ヘルメットの
ように頭部全体を覆うような手段により装着することも
可能になっている。

【００１３】第２実施例図３は、本実施例にかかる頭部装着型映像表示装置の構
成の概念を示す光軸に沿う断面図である。この図のよう
に本実施例の頭部装着型映像表示装置は、外側から順
に、１／４波長板１１，外側面（図の左側）にハーフミ
ラー膜１２ａが施された平凸レンズ１２，１／４波長板
１３，観察者側の凹面にハーフミラー膜１４ａが施され
た平凹レンズ１４及び偏光板１５が配置されてなる投影
光学系１６の前方に、バックライト１及びＬＣＤ２から
なる映像表示部３が配置されて構成されている。尚、偏
光板１５の偏光軸方向は、ＬＣＤ２から射出される光の
それと同方向になっている。

【００１４】従って、本実施例の装置では、ＬＣＤ２か
ら射出された映像光は、１／４波長板１１を透過するこ
とにより円偏光になり、更に平凸レンズ１２を透過し１
／４波長板１３を介することにより、前記映像光の偏光
方向に対して垂直な直線偏光になる。そして、この光は
平凹レンズ１４のハーフミラー膜１４ａにおいて、透過
光と反射光とに分離される。透過光は偏光方向が偏光板
１５とは異なるため、偏光板１５を透過することはでき
ない。一方、反射光は、１／４波長板１３を透過して平
凸レンズ１２のハーフミラー膜１２ａにより再度反射さ
れ、１／４波長板１３を介することにより、前記ＬＣＤ
２から射出された映像光と同方向の偏光になり、偏光板
１５を透過して、観察者の眼球１０へ到達することがで
きる。このようにして、本実施例の装置では映像表示部
３に表示された映像を拡大して観察できるようになって
いる。一方、外界像の観察は、映像表示部３を上側へ撥
ね上げることにより可能になる（この映像表示部３の撥
ね上げ（退避）手段は後述する）。このとき、外界から
の光が投影光学系１６を介して観察者の眼球１０へ導か
れる光路は、前記映像光の場合と同様である。

【００１５】次に、図４及び５を用いて、本実施例の装
置の外観を説明する。図４は本実施例の頭部装着型映像
表示装置を観察者が装着した状態を観察者の左側の方向
から見た様子を示している。この図のように、本実施例
の装置は、装置本体２０の投影光学系１６側を、支持部
材２１を用いて観察者頭部の眼球の位置に着脱自在に装
着保持させて使用するものである。

【００１６】又、図５は本実施例の装置の本体部分の左
側面を示している。本実施例の装置は、映像表示部３と
投影光学系１６とが支持板２２により接続されている。
即ち、支持板２２の穴部２２ａ，２２ｂに、映像表示部
３及び投影光学系１６の夫々側面に設けられた回転軸３
ｃ，１６ｂを嵌通させることにより接続されている。
又、投影光学系１６の側面には支持板２２を受けるため
の支持板受け１６ａが設けられており、支持板２２をこ
の支持板受け１６ａまで下ろすことにより、映像観察の
際に映像表示部３が投影光学系１６に対し最適な位置に
載置されるようになっている。

【００１７】一方、外界像を観察する場合には、手動若
しくは電気駆動（図示せず）により回転軸１６ｂを中心
として支持板２２を図の矢印方向に回転させ、これと連
動させて映像表示部３を回転軸３ｃを中心として回転さ
せることにより、映像表示部３及び支持板２２は、回転
軸１６ｂの鉛直上の位置（図５において点線で示された
位置）に移動する。このとき、支持板２２の裏面に設け
られた突起部２２ｃが、投影光学系１６側面の回転軸１
６ｂの鉛直方向に設けられた突起部１６ｃ，１６ｄの間
の位置に納まるようになっているため、映像表示部３は
回転軸１６ｂの鉛直上の位置に固定される。尚、突起部
２２ｃ，１６ｃ，１６ｄの大きさは全て同じで、突起部
１６ｃと突起部１６ｄとの間の距離は突起部２２ｃの直
径と同じ大きさになっている。又、図５に示した装置本
体２０の側面の反対側もこれと同様に構成されているこ
とは云うまでもない。

【００１８】第３実施例図６は本実施例にかかる頭部装着型映像表示装置の構成
を示す光軸方向に沿う断面図である。本実施例の装置の
投影光学系３０の内部構成は、第２実施例に示した装置
のハーフミラー膜１２ａが設けられている平凸レンズ１
２とハーフミラー膜１４ａが設けられている平凹レンズ
１４に代えて夫々凹面ハーフミラー３１及び凸面ハーフ
ミラー３２が用いられている点を除き、第２実施例の装
置と同様である。更に、この凹面ハーフミラー３１及び
凸面ハーフミラー３２が夫々有する効果は、ハーフミラ
ー膜１２が設けられている平凸レンズ１２とハーフミラ
ー膜１４ａが設けられている平凹レンズ１４が有する効
果と同様であるため、投影光学系３０の効果も第２実施
例の装置と同様である。従って、投影光学系３０内部の
光路についての説明は省略する。

【００１９】図７（ａ）は本実施例の頭部装着型映像表
示装置の映像表示部３の背面図、同図（ｂ）は投影光学
系３０の正面図である。図７（ａ）及び（ｂ）に示すよ
うに、本実施例の装置では、投影光学系３０の正面の上
側両端に歯車３０ａ，３０ｂが、映像表示部３の背面の
両端にはレール３ｄ，３ｅが、夫々設けられている。従
って、これら歯車３０ａ，３０ｂとレール３ｄ，３ｅと
を夫々噛合させ、図示しないモータ等の駆動装置により
歯車３０ａ，３０ｂを回転させることにより、図６にお
いて点線で示したように、映像表示部３を上側に移動さ
せることができ、外界像を観察することができるように
なっている。尚、前記駆動装置を用いずに、映像表示部
３を手動で上下方向に移動させても同様の効果が得られ
る。

【００２０】又、前記のように歯車を用いずに、図８
（ａ）に示すように、映像表示部３の側面に支持爪３ｆ
を設け、この支持爪３ｆを投影光学系３０の側面に凹設
されたレール溝３０ｃにはめ込み、手動若しくは図示し
ない駆動装置を用いて、映像表示部３を上側へスライド
させることによっても、前記と同様の効果が得られる。
尚、図８（ｂ）に示すように、投影光学系３０の側面に
凹設されたレール溝３０ｃには、爪止め３０ｄが設けら
れている。この爪止め３０ｄは図示しないばねにより下
方からの応力により回転可能で、上方からの応力では動
かない仕組みになっている。従って、映像表示部３を上
方へスライドさせると、支持爪３ｆは下方から爪止め３
０ｄを押し上げ、支持爪３ｆは爪止め３０ｄの上方で爪
止め３０ｄにより保持されて、映像表示部３を上方で保
持したままの状態となる。外界像の観察状態から映像観
察状態へ切り換える場合には、投影光学系３０の側面に
設けられたボタンスイッチ３３を押すことにより、爪止
め３０ｄを支持爪３ｆとは接触しない奥行き方向へ移動
させ、支持爪３ｆから爪止め３０ｄによる支えを外し、
映像表示部３を元の位置まで戻すことができるようにな
っている。又、図示した側面とは反対側の面もこれと同
様に構成されている。

【００２１】更に、図６に示した本実施例の装置におい
て、投影光学系３０全体をコンパクトに構成するために
は、凹面ハーフミラー３１と凸面ハーフミラー３２との
距離をできるだけ近づけることが要求される。従って、
凹面ハーフミラー３１と凸面ハーフミラー３２との間に
配置されている１／４波長板１３を、平面ではなく、凹
面ハーフミラー３１及び凸面ハーフミラー３２の形状に
合わせた曲面に形成することが好ましい。この趣旨に基
づいて構成された凹面ハーフミラー３１，凸面ハーフミ
ラー３２及び１／４波長板１３を、図９に示す。尚、こ
のような構成は第２実施例に示した装置にも採用可能で
ある。

【００２２】又、一般に、１／４波長板では、垂直入射
光に対しては半波長の位相のおくれが発生するが、入射
角度の大きい光に対してはそれとは異なる位相のおくれ
が生じるという、入射光の有する入射角度に依存する性
質を有している。従って、画角の大きい像の光を有効に
観察者の眼球まで導くことが困難になる虞がある。そこ
で、このような不具合を解決するためには、図１０に示
すように、１／４波長板１３においてその曲面に向かう
結晶軸の方向が全て垂直となるように形成することが好
ましい。又、図１１に示すように、１／４波長板１３に
おける曲面の中心部とその周辺部との厚さを変えて、垂
直入射光と高入射角の光との間において発生する位相の
おくれが等しくなるようにしてもよい。

【００２３】

【発明の効果】上述のように、本発明による頭部装着型
映像表示装置は、小型軽量で、映像表示部を撥ね上げて
も装置の重量バランスを崩すことがなく、映像観察時，
外界像観察時共に最適な装着状態で観察することができ
るという優れた利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例にかかる頭部装着型映像表示装置の
構成の概念を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は映
像観察時の状態を示す図、（ｂ）は外観像観察時の状態
を示す図である。

【図２】第１実施例にかかる頭部装着型映像表示装置の
映像表示部を撥ね上げた状態を示す光軸に沿う断面図で
ある。

【図３】第２実施例にかかる頭部装着型映像表示装置の
構成の概念を示す光軸に沿う断面図である。

【図４】第２実施例の頭部装着型映像表示装置を観察者
が装着した状態を示す側面図である。

【図５】第２実施例の頭部装着型映像表示装置の外観を
示す側面図である。

【図６】第３実施例にかかる頭部装着型映像表示装置の
構成を示す光軸に沿う断面図である。

【図７】（ａ）は図６に示した映像表示部３の背面図、
（ｂ）は図６に示した投影光学系３０の正面図である。

【図８】（ａ）は第３実施例の頭部装着型映像表示装置
の別の態様の構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）に示し
た装置の映像表示部を上側にスライドさせる手段を説明
するための部分拡大図である。

【図９】図６に示した装置の更なる小型化のために必要
とされる１／４波長板の構成を説明するための図であ
る。

【図１０】本発明の装置に使用される１／４波長板の構
成を示す図である。

【図１１】本発明の装置に使用される１／４波長板の別
の構成を示す図である。

【図１２】従来装置の構成を示す概念図である。

【図１３】従来装置の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１バックライト２ＬＣＤ３映像表示部３ａ枠３ｂ，２２ａ，２２ｂ穴部３ｃ，１６ｂ回転軸３ｄ，３ｅレール３ｆ支持爪４凹面ハーフミラー５，７，１１，１３１／４波長板６ハーフミラー８，１５偏光板９，１６，３０投影光学系９ａ外枠９ｂ軸１０眼球１２平凸レンズ１２ａ，１４ａハーフミラー膜１４平凹レンズ１６ａ支持板受け１６ｃ，１６ｄ，２２ｃ突起部２０装置本体２１支持部材２２支持板３０ａ，３０ｂ歯車３０ｃレール溝３０ｄ爪止め３１凹面ハーフミラー３２凸面ハーフミラー３３ボタンスイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像を表示する映像表示部と、該映像表示部に表示された映像を観察者の眼球内に投影
する投影光学系と、前記映像表示部を前記投影光学系の
光路中への挿入及び退避が可能に構成された映像表示部
退避手段と、前記映像表示部の退避時に前記投影光学系を介して外界
光を観察者の眼球へ導く外界光誘導手段と、を備えたこ
とを特徴とする頭部装着型映像表示装置。
【請求項２】前記投影光学系は、前記外界光誘導手段
を兼ねた複数の透反射面を有していることを特徴とする
請求項１に記載の頭部装着型映像表示装置。
【請求項３】映像を表示する映像表示部と、該映像表示部に表示された映像を観察者の眼球内に投影
する少なくとも第１の透反射面及び第２の透反射面を有
する投影光学系とを備えた頭部装着型映像表示装置にお
いて、前記第１の透反射面と第２の透反射面との間の光路中に
曲面を有する偏光変換素子を配置したことを特徴とする
頭部装着型映像表示装置。